CC BY
0
УДК 621.793.1+621.793.1
ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ СКРУЧЕННЫХ ПРОВОЛОЧНЫХ
ИЗДЕЛИЙ Хамин Олег Николаевич, к.т.н., доцент (e-mail: out87@mail.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
В работе предложены технологии изготовления скрученных проволочных изделий, повышающих их механические, технологические и эксплуатационные свойства. В отличие от известных технологий осуществляется комплексная обработка, включающая термическую и пластическую обработки и нанесение коррозионностойких ионно-плазменных покрытий при различной последовательности выполнения этих видов обработки. Предложенные технологии опробованы на изделии мюзле (металлическая часть пробки для закупоривания игристых вин). Результаты работы показали увеличение пластичности материала проволоки для мюзле до 25 %, увеличение до 2-х раз числа рабочих циклов скручивания и закручивания изделий, их высокую коррозионную стойкость.
Ключевые слова: скрученные проволочные изделия, механические свойства, технологические свойства, коррозионная стойкость, надежность при скручивании и закручивании, термическая обработка, пластическая обработка, ионно-плазменные покрытия.
К скрученным проволочным изделиям относятся сетки для ограждения, мюзле (металлическая часть пробки для закупоривания игристых вин), различные объемные миниатюрные объекты сложной формы (мюзлема-ния) и прочие скрученные изделия.
Для изготовления подобных изделий используется проволока стальная низкоуглеродистая марок 08кп и 10кп. Проволока поставляется после термической обработки с последующим нанесением покрытия для обеспечения коррозионной защиты [1,2].
К материалу проволоки предъявляются следующие требования согласно ТУ 1211-006-00190519-2004. Предельные отклонения по диаметру с покрытием не более ±0,02 мм. Временное сопротивление разрыву должно быть в пределах 290-470 МПа. Относительное удлинение на базе 100 мм не менее 18 %. На поверхности проволоки не должно быть мест, не покрытых материалом покрытия, черных пятен. Отдельные наплывы покрытия на проволоке не допускаются. Покрытие должно быть прочным и не должно растрескиваться и отслаиваться при скручивании двух параллельных проволок в «косичку» на базе 100 мм. Число оборотов при скручивании не должно быть менее 12. Покрытие должно удовлетворять условиям корро-зионностойких испытаний [3].
Рассмотрим наиболее общую существующую технологию изготовления проволочных скрученных изделий на примере «мюзле». Исходная проволока после волочения и рекристаллизационного отжига подвергается горячему или электролитическому цинкованию. После нанесения цинкового покрытия производится калибрующая протяжка проволоки на жидкой смазке с целью уплотнения цинка, получения блестящей поверхности и обеспечения требования по допуску на размер диаметра. Затем осуществляется скручивание проволоки в холодном состоянии и формируется изделие [4,5].
Указанная технология имеет следующие недостатки. Во-первых, при скручивании проволоки в холодном состоянии зачастую происходит осыпание цинкового покрытия, что с течением времени вызывает коррозию проволоки в местах осыпания и ее разрушение. Во-вторых, холодная пластическая деформация на переходах скручивания вызывает упрочнение материала проволоки, что часто приводит к тому, что изделие «мюзле» разрушается на первом же раскручивающимся витке и не выполняет свою функцию - надежное раскручивание скрученного соединения [6]. В -третьих, технология согласно [4] эффективна в случае массового производства. При изготовлении эксклюзивных объемных скрученных изделий (индивидуальное и мелкосерийное производство) экономическая целесообразность в сочетании с пожеланиями различной цветовой гаммы изделий диктует иной подход к технологии нанесения коррозионностойких покрытий.
С целью повышения механических (пластичность), технологических (уровень скручивания проволоки) свойств материала проволоки и эксплуатационных свойств (коррозионная стойкость) изделий типа «мюзле» в настоящей работе предложена комплексная обработка, включающая термическую и пластическую обработки и нанесение коррозионностойких ион-но-плазменных покрытий при различной последовательности выполнения этих видов обработки. Рассмотрено два варианта технологического маршрута изготовления изделий типа «мюзле».
Схематично первый вариант технологического маршрута имеет вид (1), а второй вариант - вид (2):
С ^ ПП ^ НП+РО ^ ПД ^ И, (1)
С ^ ПД ^ ПП ^ НП+РО ^ Д. (2)
В структурные зависимости (1)-(2) введены следующие обозначения:
С - калиброванная проволока;
ПП - подготовка поверхности под нанесение ионно-плазменных покрытий;
НП - нанесение ионно-плазменных покрытий;
РО - рекристаллизационный отжиг;
ПД - пластическая деформация проволоки (скручивание);
И - изделие типа «мюзле».
В первом варианте скручивание проволоки происходит после нанесения на нее ионно-плазменных покрытий. Во втором варианте ионно-плазменные покрытия наносятся после скручивание проволоки в изделие типа «мюзле».
При этом следует отметить, что в обоих случаях нанесение ионно-плазменных покрытий происходит при температурах рекристаллизацион-ного отжига для низкоуглеродистых сталей (600-700 0С) в течении 45 минут. Таким образом, одновременно с нанесением покрытий происходит рекристаллизационный отжиг проволоки или скрученного изделия, что значительно повышает пластичность материала проволоки для последующего перехода скручивания (вариант 1) или готового изделия перед его эксплуатацией (вариант 2).
Оба варианта предлагаемой технологии опробованы на изделии «мюзле».
Для изготовления «мюзле» использовалась проволока стальная низкоуглеродистая не термообработанная марки10кп.
Перед нанесением ионно-плазменных покрытий проволока и скрученные «мюзле» подвергались ультразвуковой очистке в моющем водном растворе с последующей сушкой и протиркой спиртом. Перед нанесением покрытий объекты обработки нагревались в сушильном шкафу до температуры 150-200°С, после чего помещались в вакуумную камеру.
Для нанесения коррозионно-стойких покрытий на проволоку и «мюзле» была использована технология нанесения ионно-плазменных покрытий на основе тугоплавких металлов методом КИБ (конденсация ионной бомбардировкой). В качестве материала покрытия использован нитрид титана TiN. Нанесение покрытия TiN выполнялось на модернизированной вакуумной установке ННВ-6.6 И1.
Технология собственно нанесения износостойких покрытий на основе нитрида титана включала следующие стадии:
-ионная очистка ионами титана до заданной температуры при следующих параметрах. Остаточное давление в вакуумной камере
Рост=1-10"° Па;
ток дуги испарения 1д=75 (А); напряжение на подложке U=1000 (В); ток фокусирующей катушки 1ф~0,4 (А); температура изделия Т=650 °С;
-конденсация покрытия TiN выполнялось при двух одновременно работающих боковых дуговых катодов при следующих параметрах: ток дуги испарителя 1д=75 (А), напряжение на подложке иоп=130 (В), время конденсации покрытия т=45 мин; температура изделия при конденсации Т=650°С, давление азота в камере PN=(3-5)-10-1 Па.
Материал катодов для нанесения покрытий титан марки ВТ 1-00. Скручивание проволоки в изделие «мюзле» осуществлялось на специализированном оборудовании для изготовления этого изделия.
После получения изделий по двум вариантам предложенной технологии оценивали свойства материала проволоки и изделий.
Для оценки механических свойств материала проволоки осуществляли испытания на растяжение согласно [7]. Растяжению подвергалась проволока на базе 100 мм. Испытанию подвергалась проволока с покрытием. Количество образцов составило 10 проволок. Среднее значение по временному сопротивлению разрыву составило 35 МПа, относительное удлинение достигло 25 %.
Для определения уровня скручивания проволоки использована методика согласно [8]. Осуществляли скручивание двух параллельных проволок в «косичку» на базе 100 мм. Согласно ТУ 1211-006-00190519-2004 покрытие должно быть прочным и не должно растрескиваться и отслаиваться на базе не менее 12 оборотов при скручивании. Результаты испытаний показали увеличение числа оборотов до 25.
Испытания на коррозионную стойкость проводили на скрученных изделиях по первому и второму вариантам изготовления мюзле. В основу испытаний положены условия в соответствие с ГОСТ 3282-74. В качестве агрессивной среды использовался раствор медного купороса. Испытания проводили в ультразвуковой ванне ПСБ-5735-05 с частотой 35 кГц при температуре 40 0С в течении 1 часа на 10 изделиях на каждый вариант предложенной технологии. На изделиях не наблюдалось участков, покрытых медью. Аналогичные испытания с «мюзле» с цинковым покрытием, изготовленными по традиционной технологии, показали их низкую коррозионную стойкость в этих условиях (на всех 10 изделиях наблюдались участки с медью). Испытания показали, что оба варианта предложенной технологии изготовления «мюзле» обеспечивают их коррозионную стойкость.
Таким образом использование предложенных вариантов технологии по схемам технологических маршрутов (1) и (2) изготовления изделий типа «мюзле» повысило механические и технологические свойства материала проволоки и эксплуатационные свойства изделий. Результаты работы показали увеличение пластичности материала проволоки для мюзле до 25 %, увеличение до 2-х раз числа рабочих циклов скручивания и закручивания изделий, их высокую коррозионную стойкость. Кроме того, существенно улучшен товарный вид этих изделий (цвет изделий имитирует различные оттенки золота).
Список литературы
1. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных сталей. - Введ. 1991-01-01. - М.: Стандартинформ, 2010. - 60 с.
2. ГОСТ 3282-74. Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения -Введ. 1975-07-01. - М.: изд-во стандартов, 1996. - 17 с.
3. Беланов, Х.Н., Клековкин, А.А. Стальная проволока. - Магнитогорск, 2011. - 690
с.
4. Зуев, Д.Б. Специфические особенности технологии изготовления оцинкованной проволоки для мюзле (проволока для закупорки бутылок) // Литейное производство. -2016. - N 2(83). - С. 19-23
5. Зуев, Б.М., Зуев, Д.Б. Малогабаритные скоростные установки для нанесения металлических покрытий на проволоку // Черные металлы. - 2013. - N 10. - С. 34-37.
6. Фетисов, В.П. Структурные аспекты деформационного упрочнения при многократном волочении низкоуглеродистой проволоки // Литье и металлургия. - 2022. - N 2.
- С. 44-49.
7. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. - Введ. 1986-01-01. -М.: Стандартинформ, 2005. - 25 с.
8. ГОСТ 1545-80. Проволока. Метод испытания на скручивание. - Введ. 1982-07-01.
- М.: Стандартинформ, 2003. - 3 с.
Khamin Oleg Nikolaevich, candidate of technical Sciences, associate Professor Samara State Technical University, Samara, Russian Federation (E-mail: out87@mail.ru) ENHANCING THE PROPERTIES OF TWISTED WIRE PRODUCTS
Abstract. The paper proposes technologies for the manufacture of twisted wire products that increase their mechanical, technological and operational properties. In contrast to the known technologies, complex processing is carried out, including thermal and plastic processing and application of corrosion-resistant ion-plasma coatings with different sequences of these types ofprocessing. The proposed technologies are tested on the product of the musical (metal part of the cork for the sealing of sparkling wines). The results of the work showed an increase in the plasticity of the wire material for the musical up to 25 %, an increase in the number of working cycles of twisting and twisting products, their high corrosion resistance. Keywords: twisted wire products, mechanical properties, technological properties, corrosion resistance, reliability during twisting and twisting, heat treatment, plastic processing, ionplasma coatings.
